Развитие железобетона (историческая справка)

Развитие железобетона (историческая справка)

           По влиянию на развитие мировой цивилизации изобретение железобетона смело можно поставить в один ряд с открытием электричества, появлением автомобиля или авиации. Железобетон постоянно совершенствуется и не собирается сдавать своих позиций. Тем более, что по праву считается одним из самых экономичных, надежных и долговечных материалов.

           Широкое применение железобетона в строительстве обусловлен рядом других его достоинств: он негорюч, мало подвергается коррозии, невероятно прочен. Кроме того, железобетон - один из самых экологически чистых стройматериалов, потому что все его компоненты природного происхождения - песок, наполнитель, цемент, известь, металл и т.д.  Использование железобетона позволило решить проблему массовой застройки жилых районов.

           По истории изобретения железобетона до сих пор нет единого мнения. Более цивилизованное, рождение железобетона состоялось в середине 1930-х годов, когда началось промышленное производство его предварительно напряженных модификаций.                                     

           Внедрение нового материала не обходилось без трудностей. Поначалу нередким было разрушение конструкций из-за нарушения технологии производства железобетонных изделий и их неудачного размещения. В Англии железобетон одно время был даже запрещен. Революцию в его применении произвел немецкий инженер Карл Вайс, который в 1879 году купил патент у Жозефа Монье. В 1886 году благодаря немецкому инженеру были досконально изучены и описаны свойства железобетона и выработаны первые нормы его применения. Только после этого он начал широко использоваться в строительстве.

           Практически в одно и то же время идея армирования бетонных конструкций металлом пришла в голову нескольким людям. Это французы: адвокат по профессии Жан Луи Ламбо, инженер Франсуа Куанье и парижский садовник Жозеф Монье,  английский штукатур из Ньюкасла Вильям Уилкинсон...

           На роль родины железобетона претендовали Англия и США, но родиной железобетона по праву считается Франция. Французы обосновали этот факт тем, что в 1949 году отпраздновали столетнюю годовщину создания этого материала. Основанием послужил вошедший во многие строительные учебники эпизод: в 1849 году Жозеф Монье (на рисунке) изготовил кадку для садовых растений, обмазав каркас цементным раствором. Именно сочетание таких двух материалов стало называться железобетоном.

           Если же подходить строже к истории, то оказывается, что еще в 1848 году французский адвокат по профессии Жан Луи Ламбо первым скрестил цементный раствор и арматурную сетку -  соорудил лодку из железобетона. Показанная в 1855 году на Парижской выставке лодка Ламбо произвела настоящую сенсацию. Ламбо запатентовал судно из железобетона. Всего было построено три лодки по его проекту. Одно такое плавсредство функционировало практически полвека, а два других были подняты со дна озера на юге Франции к столетию указанной выставки. С этого момента фактически история железобетона начала свой отсчет. 

           На той же Парижской выставке отличился и другой француз - Франсуа Куанье, запатентовавший бетон, предназначенный для строительства зданий. Этот материал замешивался с небольшим количеством воды в смесителе, который работал на конской тяге, и втрамбовывался в многократно используемые формы. В 1855 году Куанье получил патент и на метод армирования, предложив перекрестное размещение арматуры. Ее следовало заводить во все четыре стены, на которые опирается железобетонное перекрытие. Кроме того, Куанье предложил возвести на все той же парижской выставке целый дом из бетона, обосновывая, что цемент, бетон и чугун пришли на смену камню. Но получил возможность показать лишь несколько бетонных элементов, за которые, чтобы его успокоить, наградили его бронзовой медалью.                                                                                                                                        

           Вклад Куанье в развитие железобетона огромен. В начале 1850-х годов целые кварталы Парижа застраивались в невероятно короткий срок благодаря использованию известкового бетона Куанье. В 1861 году он издал брошюру "Применение железобетона в строительном искусстве", где впервые указал на то, что бетон и стальные стержни в нем работают совместно. В 1864 году выстроил  первую железобетонную церковь в своем родном городке во Франции. Около 20 лет Куанье строил железобетонные сооружения во Франции и других странах. Во время экономического кризиса 1881 года Франсуа Куанье обанкротился.                          

           Спустя почти 20 лет из железобетона появилась первая церковь в Лондоне. В Англии на шести мостах, сооруженных в период с 1903 по 1926 год, имеются мемориальные доски, утверждающие, что именно этот является первым железобетонным мостом. Там же в 1875 году был получен первый патент на конструкцию двухэтажного дома из сборного железобетона.

           В это же время начал внедрять железобетон в Северной Англии штукатур Вильям Уилкинсон, получивший в 1854 году патент на конструкцию огнестойкого перекрытия из железобетона, состоящего из металлического "скелета", залитого бетоном. Причем для повышения прочности перекрытия полосы укладывали в нижней части сечения, а над опорами отгибали их в верхнюю часть.  Десять лет спустя он построил в Ньюкасле небольшой домик, где из железобетона были сделаны не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени даже дымовая труба - так на практике было доказано одно из тех качеств нового материала, которые и сделали его универсальным - способность принимать практически любую форму.

           Из многих однотипных патентов только патент Уилкинсона был подтвержден на практике. Но патент невезучего британца вскоре был забыт. И только в 1955 году при сносе построенного Уилкинсоном в 1865 году здания специалисты обратили внимание на необычные решения его перекрытий, присущие подобным современным неразрезным конструкциям.

           Современники не оценили уникальные разработки этих талантливых изобретателей: к идеям строительства зданий из железобетона отнеслись скептически. Новинка приживалась с трудом.
           В 1892 г. французский инженер Ф. Геннебик предложил монолитные железобетонные ребристые перекрытия и ряд других рациональных строительных конструкций и все последующие арматурные чертежи вычерчены условно, будто бетон является прозрачным, а арматура хорошо видимой по всей толще бетона.

           Соотечественник Монье Эжен Леон Фрейсине (1879-1962) считался специалистом по железобетонным конструкциям. Фрейсине построил первые большепролетные железобетонные мосты, из которых наиболее известен трех пролетный арочный мост Элорн в Плугастель, построенный в 1928-1929 гг. Пролеты этого крупнейшего по тому времени моста имели 180 м длины. Знаменитый инженер работал над усовершенствованием материала, из которого он возводил свои оригинальные конструкции.

           В 1917 году он предложил увеличить несущую способность бетона путем уплотнения его механической вибрацией, а потом и вибропрессованием. Но самым большим достижением Фрейсине следует считать изобретение предварительно напряженного бетона. В 1928 г. он предложил и осуществил изготовление сборных струно-бетонных преднапряженных элементов. Замысел и идея этого материала необыкновенно просты. Натянутые еще до укладки бетона стальные струны в готовом элементе возвращаются к своей первоначальной длине и вызывают в бетоне значительные сжимающие напряжения. Находясь в конструкции под соответствующей нагрузкой, такой элемент работает в некоторых местах на сжатие, а в других - на растяжение. Способ, предложенный Фрейсине, значительно увеличил несущую способность элементов. Современные преднапряженные бетоны — это и так называемый струнобетон, и бетон, предварительно напряженный пучками (в которых вместо многих тонких струн применен стальной канат). При возведении преднапряженных конструкций большое значение имеет анкеровка натягиваемой арматуры. Сегодня повсеместно применяется конусная анкеровка, изобретенная Фрейсине.

           Французский архитектор О.Перре первым взялся за выявление эстетических свойств железобетона. В жилом доме в Париже, построенном в 1903 году с применением железобетонного каркаса, наружный фасад был выполнен с выступами, дающими ощущение развития архитектурного объема.

           После второй мировой войны колоссально возросла потребность в новом строительстве. Положение железобетона среди других строительных материалов стало абсолютно доминирующим. За железобетон ратовали и ратуют выдающиеся архитекторы ХХ века. Ле Корбюзье (Франция) широко начал применять в своих проектах сборный железобетон. Оскар Нимейер (Бразилия) выстроил из железобетона новую столицу страны - Бразилиа. Пьетро Луиджи Нерви (Италия) построил целый ряд объектов, рекордных по своим строительным характеристикам. Всего несколько лет назад проложен транспортный тоннель под Ла-Маншем, который соединил Англию и Францию кратчайшим путем. Три "нитки" общей протяженностью 150 километров облицованы тюбингами из сборного железобетона. Как известно, железобетон с середины 50-х годов стал ведущим и остается им по сей день и в строительстве в России.

           Приведем хронологию истории изобретения и развития производства железобетона:

•в 1848 году Жан Луи Ламбо, адвокат по профессии, первым соорудил лодку из железобетона. Показанная в 1855 году на Парижской выставке лодка Ламбо произвела настоящую сенсацию. Материал он назвал ферроцементом. Что побудило Ламбо воспользоваться этим материалом? Он сам объяснял это следующим образом: «Мое изобретение представляет собой материал, который заменит дерево, плохо выдерживающее сырость. Основа нового материала - металлическая сетка, проволока или металлические стержни, связанные между собой и покрытые цементом, битумом или смесью этих веществ».История железобетона начала свой отсчет.

•в 1849 году парижский садовник Жозеф Монье изготовил кадку для садовых растений, обмазав проволочный каркас цементным раствором. Именно сочетание таких двух материалов стало называться железобетоном.

•в 1854 году штукатур из Ньюкасла Вильям Уилкинсон получил патент на конструкцию огнестойкого перекрытия, состоящего из железных полос, укладываемых на расстоянии 2 фута друг от друга и заливаемых бетоном. Причем для повышения прочности перекрытия полосы следует укладывать в нижней части сечения, а над опорами отгибать их в верхнюю часть. Несомненно, Уилкинсон был первым, кто понял принцип рационального армирования железобетона. Идеи его, как ни странно, в самой Англии особого внимания в это время не привлекли, но в элементах конструкций, работающих на сжатие, применение бетона продолжало расширяться.

•в 1855 году Франсуа Куанье получил патент и на метод армирования, предложив перекрестное размещение арматуры. Ее следовало заводить во все четыре стены, на которые опирается железобетонное перекрытие.

•в 1861-м Ф. Куанье опубликовал брошюру «Применение бетона в строительном искусстве», где впервые указал на то, что бетон и стальные стержни в нем работают совместно. Он также писал, что железные стержни, включенные в бетон, увеличивают несущую способность бетона. Около 20 лет Ф. Куанье строил железобетонные сооружения во Франции и других странах.

•в 1864 году Ф. Куанье во Франции построил первую церковь из железобетона. Спустя почти 20 лет появилась первая церковь из железобетона в Лондоне. Вклад Куанье в развитие железобетона огромен.

•в 1867 году французский садовник садоводческой фирмы «Братья Флер» в Версале Ж.Монье выращивал в теплицах пальмы, затем пересаживал саженцы в глиняные горшки и отправлял для продажи в Англию. Горшки в дороге бились, пальмы погибали. Садовник терпел большие убытки. Однажды раздосадованный Монье решил слепить кадку для пальмы из цемента. Он взял две деревянные бочки и поместил их одна в другую, а промежуток между стенками залил цементом, получив бетонную тонкостенную бочку. Для большей прочности он заключил ее в каркас из железных стержней, а потом для красоты покрыл каркас тонким слоем жидкого цемента. После затвердения новая бочка оказалась на редкость прочной, и Монье был выдан патент на изобретение. Это случилось в 1867 году, который принято считать годом изобретения железобетона как универсального несгораемого строительного материала.

•в 1865 году английский штукатур В. Уилкинсон возвел в Ньюкастле-на-Тайне небольшой домик, целиком из железобетонных конструкций. Из железобетона здесь были выполнены не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени и дымовая труба. По всей видимости, это был первый в истории железобетонный дом.

•в 1868 году Ж. Монье построил в Майсонс-Алфорте небольшой железоцементный бассейн и в том же году получил патент на железоцементный резервуар и трубы.

•в 1869 году  Монье сделал патентную заявку на железоцементные плиты и перегородки и построил железоцементное перекрытие над своей мастерской.

•в 1870 году был построен первый бетонный мост пролетом 16,5 метра в графстве Суффолк. Мост находился в эксплуатации сто лет. Двумя годами раньше в деревне Свау была воздвигнута башня высотой 66 метров — самое высокое сооружение в мире из бетона в это время. Любопытно, что она была построена неким Петерсоном только для того, чтобы занять безработных местной округи.

•в 1873 году Ж. Монье получил патент на железобетонный мост.

•в 1875 году в Англии был получен первый патент на конструкцию двухэтажного дома из сборного железобетона.

•в 1878 году Ж. Монье был выдан патент на железобетонные балки и шпалы, а в 1880 году — объединенный патент на все заявленные им ранее конструкции. Тогда же он сделал заявки на свои изобретения в Германии и России.

•в 1879 году немецкий инженер Вайс, имевший свою строительную фирму, заинтересовался железобетоном и купил у Монье патентное право на применение его системы в Германии.

• в 1880 году Ж. Монье в России был получен патент на железобетон, а сам способ строительства из железобетона долгие годы назывался «Системой Монье».

•в 1881 году Н.А. Белелюбский провел успешные испытания конструкций из железобетона.

В России железобетон стали применять с 1886 г. для перекрытий по металлическим балкам.

•в 1887 году Г. Вайс и М. Кенен пришли к выводу, что арматуру из середины сечения, куда ее укладывал Ж. Манье, следует перенести в нижнюю часть балки или плиты, испытывающей растяжение. С этого момента железобетон стал самостоятельным новым строительным материалом.

•в 1892 году в России стали использовать железобетонные трубы под железнодорожной насыпью.

• В 1892 году французский инженер Ф. Геннебик предложил монолитные железобетонные ребристые перекрытия и ряд других рациональных строительных конструкций и все последующие арматурные чертежи вычерчены условно, будто бетон является прозрачным, а арматура хорошо видимой по всей толще бетона.

•в 1893 году из железобетона были построены переходные мостики, бассейн и сводчатые конструкции ГУМа в Москве.